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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10451/3056

Title: Response of salt marsh plants to the heavy metals in the Tagus estuary
Authors: Silva, Vânia Filipa Nunes da, 1985-
Advisor: Caçador, Maria Isabel Violante, 1953-
Keywords: Fisiologia vegetal
Ecofisiologia
Halimione portulacoides
Metais pesados
Zinco
Fluorescência
Teses de mestrado - 2010
Issue Date: 2010
Abstract: Há muito que a orla costeira, com os seus estuários e sapais, atrai a população para as suas margens, devido principalmente à sua localização privilegiada e de grande riqueza biológica. Consequentemente, a acção antropogénica desempenhada sobre estas regiões, que actuam frequentemente como reservatório de poluentes e nutrientes, tem vindo a exercer um impacto negativo sobre todos os ecossistemas costeiros. São vários os tipos de poluentes quer orgânicos quer inorgânicos, associados a estas regiões, como por exemplo, os metais pesados. Estes constituem uma séria problemática resultante, quer da sua elevada toxicidade quer da sua persistência. Contudo, vários estudos têm vindo a demonstrar a importância da vegetação existente nos sapais, como fitoremediadora. As plantas de sapal detêm um papel ecológico fulcral, não só devido à sua elevada produtividade, mas também à sua capacidade depurativa de retenção de metais pesados nos seus tecidos. Uma vez que os sapais são ecossistemas dinâmicos, sujeitos diariamente ao regime das marés e consequentemente a inundações periódicas, os halófitos que os colonizam estão continuamente expostos a poluentes vindos de várias fontes. Um desses poluentes é o metal pesado zinco, muitas vezes proveniente da metalúrgica e de indústrias recicladoras de chumbo. Em baixas concentrações o Zn é um micronutriente essencial, uma vez que participa em várias funções vitais do metabolismo das plantas, nomeadamente no sistema de defesa celular contra espécies reactivas de oxigénio, como estabilizador de proteínas, enzimas e membranas contra o dano oxidativo e peroxidativo. Em concentrações elevadas é responsável por gerar espécies reactivas de oxigénio nas células vegetais, que causam por vezes danos irremediáveis ao nível dos ácidos nucleicos, peroxidação lipídica, oxidação de proteínas e redução da actividade fotossintética. O principal objectivo deste estudo foi averiguar as respostas ecofisiológicas de Halimione portulacoides L. Aellen, uma halófita abundante nos sapais, perante uma gama de concentrações de Zn, que variou entre os 0 e os 400 μM, e várias salinidades (20, 30, 40 e 50 PSU). Em particular, pretende-se estudar o efeito Zn a diferentes salinidades, tanto ao nível do stress oxidativo como ao nível da resposta fotossintética. Para se atingirem estes objectivos efectuaram-se ensaios utilizando plantas de H. portulacoides, que foram sujeitas a diferentes tratamentos. De modo a avaliar a resposta da planta a estas diferentes condições experimentais determinaram-se as actividades enzimáticas, produtos da peroxidação lipídica e quantidade de fenóis e flavonóides. Adicionalmente, procedeu-se à medição da variação de pigmentos fotossintéticos, determinação da concentração total de vários elementos e análise da fluorescência clorofilina, parâmetros fundamentais no diagnóstico do estado fisiológico das células vegetais. Os resultados obtidos para a actividade enzimática da superóxido dismutase, revelaram diferenças significativas (p < 0.001) perante as várias salinidades impostas. Embora a actividade desta enzima tenha sofrido ligeiras flutuações, ocorreu um aumento da mesma até ao tratamento de 30 PSU e 200 μM Zn, sofrendo para salinidades mais elevadas uma diminuição acentuada, indicando que a sua função antioxidante estaria comprometida. As plantas possuem um elevado número de enzimas que regulam os níveis intracelulares de H2O2, um dos produtos de reacção da superóxido dismutase, sendo as mais relevantes as catalases e peroxidases. Neste estudo, as actividades para a catalase e ascorbato peroxidase foram semelhantes, embora dentro de uma gama de valores muito baixa, mas estatisticamente significativas (p < 0.05), apresentando maior actividade para o tratamento 20 PSU e 400 μM Zn. Nos restantes tratamentos decresceram para valores muito próximos de zero revelando estarem próximas da inactivação. Contudo, existe uma relação entre as actividades de SOD, CAT e APX, uma vez que enquanto os níveis de SOD permanecem elevados, os níveis de CAT e APX revelam igualmente os maiores níveis de actividade, pois estas enzimas removem o H2O2 produzido nas reacções de SOD. A actividade da guaiacol peroxidase encontra-se extremamente diminuída, revelando valores muito próximos de zero. Embora os resultados de GPX não sejam estatisticamente significativos (p ˃ 0.05), estes apontam que em H. portulacoides esta enzima actue como uma linha de defesa secundária contra o stress oxidativo. No que concerne aos níveis de malondialdeído, produto da peroxidação lipídica, ocorreu um aumento significativo (p < 0.05) para os tratamentos de salinidades mais baixas (20 e 30 PSU), verificando-se para salinidades mais elevadas um decréscimo abrupto. Todavia, nos tratamentos em que os níveis de MDA se apresentam mais baixos, tanto os flavonóides como fenóis e o nível de proteínas aumentaram. Os referidos aumentos sugerem que estes mecanismos não enzimáticos contribuíram imenso no combate contra os stresses impostos. No que diz respeito aos parâmetros inerentes ao diagnóstico do estado fisiológico das células vegetais, os resultados exibem um acréscimo generalizado tanto para a clorofila a e clorofila b como para os carotenóides (p < 0.05), verificando-se contudo nesse aumento algumas flutuações. Todos os pigmentos registaram valores mais elevados para a concentração de Zn a 400 μM, e para a salinidade mais baixa, 20 PSU. Os resultados indicam que somente concentrações de Zn a 400 μM são tóxicas e que baixas salinidades também representam um stress ambiental para H. portulacoides. A análise da fluorescência clorofilina revelou um decréscimo geral nos níveis de fluorescência basal, tanto para as plantas adaptadas à luz como ao escuro, ou seja, estariam menos centros de reacção abertos, levando consequentemente a um decréscimo na capacidade fotoquímica. A fluorescência máxima apresentou-se constante em plantas adaptadas à luz. Já em plantas adaptadas ao escuro ocorreram alguns decréscimos acentuados. O parâmetro, Fv/Fm, que estima a eficiência máxima da fotoquimica do fotosistema II, permaneceu idêntico quer em plantas adaptadas à luz ou ao escuro, sofrendo contudo algumas oscilações no seu conteúdo. Todos os aumentos que ocorreram para Fv/Fm foram, não devido a diminuições na fluorescência máxima como seria esperado, mas sim por decréscimos na fluorescência basal, uma vez que esta apresenta maiores taxas quando comparadas com as descritas para a fluorescência máxima. Os resultados obtidos mostraram que a fluorescência fotossintética não será um bom biomarcador para H. portulacoides, uma vez que permanece praticamente inalterada (p ˃ 0.05), possivelmente devido à atenuação por parte dos mecanismos de defesa. Por se saber que tanto o stress salino como o provocado por metais pesados interfere com o conteúdo iónico, foram analisadas as concentrações totais de sódio, potássio, cálcio e zinco. Uma vez que a absorção de Na causa despolarização na membrana plasmática com perda de K, sugere-se neste trabalho uma homeostase extremamente eficiente por parte do halófito em estudo, já que os resultados revelam que na parte aérea as concentrações de K e Ca permanecem praticamente inalteradas. Por outro lado a raiz, apresenta elevadas concentrações de Na acompanhadas de aumentos na concentração de Ca, indicando que neste caso o Ca desempenha uma função reguladora como mensageiro secundário. Quanto às concentrações totais de Zn, acompanham o progressivo aumento externo do mesmo metal, apresentando como esperado, maiores concentrações na raiz. Os elevados valores presentes na raiz poderão ser explicados devido à maior capacidade acumuladora de metais efectiva por parte de H. portulacoides, quando comparado com outras halófitas. Em suma, as respostas desta halófita às várias concentrações de Zn e NaCl, aparentemente são expressas através do aumento da capacidade antioxidante por mecanismos enzimáticos e não enzimáticos, nomeadamente actividade de SOD e fenóis, pigmentos fotossintéticos e homeostase iónica. O conhecimento das respostas fisiológicas de H. portulacoides aos stresses impostos, será um dado fulcral na percepção da capacidade que apresenta em habitar locais contaminados por metais, nomeadamente o Zn.
Due to their localization salt marsh plants are exposed to several pollution types, being sinks of pollutants, namely heavy metals, which are known by its ability to interfere with plant metabolism. In this work, Halimione portulacoides was subject to different salinities and Zn concentrations, ranging from 20 - 50 PSU and 0 - 400 μM, respectively. Antioxidant enzymes activities, lipid peroxidation, phenols content, chlorophyll fluorescence and photosynthetic pigments were measured. The results showed that the superoxide dismutase activity suffered several oscillations in its content and catalase, ascorbate and guaiacol peroxidase were found to be inactive. As a lipid peroxidation parameter, MDA content greatly increased with lower salinities, decreasing abruptly for higher ones. Yet, it was interesting that the lowest values for the MDA content appeared just in the treatments were the content for flavonoids and phenols were highest. Furthermore, the protein content also suffered a peak just when the MDA content decreased. Leaves showed an overall increase in either chlorophyll a and b and total carotenoid content. The chlorophyll fluorescence technique, revealed that the maximum quantum efficiency of PSII photochemistry, was identical either for light or dark-adapted leaves, yet suffering some oscilations. All the increases reported in the Fv/Fm, were caused not by lower Fm values but for F0 decreases. The determination of K, Ca and Na total concentration for stems and leaves, revealed almost unchangeable concentrations, suggesting a remarkably efficient homeostasis. The root huge accumulations in total calcium concentration indicate that in this case calcium plays a regulating role functioning as a secondary messenger. Based on these results, it was concluded that H. portulacoides responses to Zn under different salinities appear largely to depend on changes in the antioxidant mechanisms, and in its pigments concentrations rather than affecting the PSII.
Description: Tese de mestrado. Biologia (Biologia Celular e Biotecnologia). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010
URI: http://hdl.handle.net/10451/3056
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